Pengoptimalan Dispersi Nanopartikel Perak pada Mikrosfer PSA melalui Disosiasi Karbosil: Performa Katalitik Tingkat Tinggi

Abstrak

Nanokomposit poly(styrene‑co‑akrilik asit) yang termuat nanopartikel perak yang sangat terdistribusi (nAg@PSA) disiapkan dan dikarakterisasi dengan mikroskopi elektron transmisi dan termogravimetri. Jumlah dan distribusi perak koloidal per partikel berkaitan dengan rasio disosiasi grup karbosil pada bola PSA. Jumlah grup karbosil dievaluasi dengan kurva titrasi konduktivitas. Namun, disosiasi grup karbosil pada PSA sulit ditentukan secara akurat melalui metode yang ada karena rasio disosiasi akan meningkat seiring dengan peningkatan ion kotor selama titrasi. Kami mengembangkan teknik untuk menentukan rasio disosiasi PSA tanpa ion kotor. Ini menggunakan sistem elektroda paralel variabel jarak yang baru. Dengan demikian, hubungan antara distribusi nano perak dan disosiasi alami grup karbosil pada permukaan bola PSA diselidiki untuk pertama kalinya. Pengukuran dan kontrol yang akurat dari disosiasi memfasilitasi produksi bola PSA yang mengandung nanopartikel perak yang sangat terdistribusi. Performa katalitik katalis nAg@PSA yang disiapkan diteliti dengan reduksi 4‑nitrofenol. Dengan mengontrol jumlah rasio disosiasi alami grup karbosil pada bola PSA, dispersi nanopartikel perak dapat dirancang dan dicapai secara terkontrol. Mereka menawarkan sintesis yang mudah, performa katalitik tinggi, dan recycling yang baik.

Pendahuluan

Pada akhir-akhirnya, pembuatan mikrosfer komposit inti-kulit yang terdiri dari bola padat dielektrik yang dilapisi logam telah menarik perhatian yang besar. Minat ini dipicu oleh properti katalitik dan optik unik mereka. Mikrosfer inti-kulit ini memiliki potensi besar di berbagai aplikasi, seperti pencitraan Raman ditingkatkan permukaan (SERS) [1,2,3,4,5], katalisis [6,7,8,9,10], nanoengineering resonansi optik [11, 12], kristal fotonik [13,14,15], atau biokimia [16, 17] untuk aplikasi seperti sensor kimia. Banyak upaya telah difokuskan pada pembuatan mikrosfer komposit nanobola dengan kulit logam mulia karena properti optik dan katalitik yang baru [18]. Salah satu sistem yang paling sering dipelajari adalah mikrosfer komposit dengan kulit perak. Berbagai metode sintesis telah dipelajari, termasuk self-assembly [19], seeding-plating [18], successive ion layer adsorption and reaction (SILAR) [20], dan in situ reduction deposition [21].

Namun, terdapat sedikit laporan tentang pembuatan yang terkontrol kulit perak pada permukaan mikrosfer bola komposit poly(styrene-co-akrilik asit). Jumlah nanopartikel perak yang didukung pada mikrosfer bola komposit poly(styrene-co-akrilik asit) ditentukan oleh beberapa faktor, termasuk suhu, jumlah grup karbosil, dan jumlah muatan terdisosiasi di sekitar bola PSA. Pengaruh suhu terhadap penyerapan nanopartikel Ag telah dieksplorasi dan dijelaskan dalam literatur [22]. Jumlah grup karbosil telah dipelajari dengan metode titrasi konduktivitas [19]. Jumlah muatan terdisosiasi umumnya lebih kecil dari jumlah stoikiometri karena perilaku asat lemah bergantung pada kekuatan ionik. Penambahan garam elektrolit selama pengukuran elektrokimia meningkatkan rasio disosiasi grup karbosil secara yang tidak dapat diukur. Akibatnya, evaluasi kuantitatif jumlah muatan terdisosiasi dalam suspensi lateks sulit. Namun, jumlah grup karbosil terdisosiasi per partikel mempengaruhi penyerapan nanopartikel perak dan diselidiki di sini dengan memanfaatkan sistem elektroda paralel variabel jarak. Ini memfasilitasi pembuatan yang terkontrol nanopartikel perak.

Beberapa aplikasi mikrosfer bola nanokomposit poly(styrene-co-akrilik asit) yang termuat nanopartikel perak telah dilaporkan [22,23,24]. Li dan rekan-rekan [22] menyiapkan mikrosfer bola nanokomposit poly(styrene-co-akrilik asit) yang dilapisi nanopartikel perak dan kemudian menggunakan mikrosfer ini sebagai substrat spektroskopi Raman ditingkatkan permukaan (SERS). Song dan rekan-rekan [24] menyintesis mikrosfer bola nanokomposit poly(styrene-co-akrilik asit) yang termuat nanopartikel perak sebagai agen antibakteri. Namun, sedikit penelitian yang dilakukan pada aplikasi katalitik nanopartikel perak yang dimuat pada poly(styrene-co-akrilik asit). Mengakibatkannya, tidak ada laporan tentang hubungan antara dispersi nanopartikel Ag dan rasio disosiasi grup karbosil. Kerja kami sebelumnya [23] telah melaporkan hubungan kasar antara grup karbosil dan partikel perak nano berdasarkan hasil termogravimetri dan TEM. Kali ini kami mengangkat pendapat baru berdasarkan rasio disosiasi alami grup karbosil dengan mengembangkan pengukuran elektrokimia yang akurat dan baru.

Laporan ini menjelaskan karakterisasi yang akurat dari rasio disosiasi alami grup karbosil bola PSA melalui dua elektroda kawat untuk mencegah masuknya kotoran. Kami menyintesis empat ukuran partikel lateks untuk mengubah nilai muatan terdisosiasi. Pembentukan nanopartikel perak yang terdistribusi baik yang terletak pada bola nanosphere PSA kemudian diselidiki. Mikrosfer bola nanosphere poly(styrene-co-akrilik asit) menawarkan luas permukaan besar untuk imobilisasi nanopartikel perak dan jumlah grup karbosil terdisosiasi yang dapat dikontrol untuk distribusi yang baik nanopartikel perak. Bagian ini tampak mirip dengan pekerjaan kami sebelumnya [23]. Namun, ada satu kemajuan kritis dalam pekerjaan ini yang perlu disebutkan: Rasio disosiasi alami grup karbosil yang secara fundamental menentukan jumlah nanopartikel Ag, bukan jumlah total grup karbosil. Kesimpulan ini hanya dapat terbentuk pada pengukuran yang akurat dari rasio disosiasi alami grup karbosil. Nanopartikel perak yang sangat terdistribusi ini pada nanokomposit nAg@PSA menunjukkan performa katalitik tinggi dengan menggunakan reduksi 4-nitrofenol sebagai reaksi model. Ini memiliki potensi yang menarik untuk studi di masa depan.

Hasil dan Pembahasan

Jumlah Grup Karbosil dalam Mikrosfer Bola Nanosphere PSA

Gambar 1 menunjukkan mikroskop SEM dan distribusi ukuran partikel yang sesuai dari empat jenis mikrosfer bola nanosphere PSA. Partikel berbentuk bola dengan distribusi ukuran partikel yang dikontrol dengan baik. Ukuran partikel dipelajari melalui SEM, dan volume mikrosfer bola dihitung. Ukuran tersebut tertera dalam Tabel 1. Volume mikrosfer bola, densitas suspensi PSA suspensi, dan jumlah bola dalam suspensi stok ditentukan dengan metode yang telah dipublikasikan sebelumnya [23, 25,26,27].

Jumlah grup karbosil pada partikel ditentukan dengan titrasi konduktivitas yang telah dilaporkan sebelumnya [23]. Tingkat pemuatan grup karbosil (per partikel) tertera dalam Tabel 1. Gambar 2 menunjukkan plot logaritmik dari jumlah total grup karbosil per partikel dengan diameter bola PSA. Plot menunjukkan hubungan linier dengan kemiringan 2,0. Ini adalah bukti bahwa grup karbosil mungkin didistribusikan terutama pada permukaan bola bola bukan pada volume fase.

Rasio Disosiasi Alami Grup Karbosil pada Mikrosfer Bola Nanosphere PSA

Sel diisi dengan suspensi PSA dengan konsentrasi lateks yang diketahui. Kemudian, tegangan AC 10 mV diberikan untuk mendapatkan impedansi AC suspensi antara elektroda kawat paralel. Ekspresi untuk resistensi solusi antara dua kawat paralel adalah sekitar [22]

$$ {R}_S=0.916\frac{\log \left(d/a-1\right)}{Lc\varLambda} $$ (1)

Di sini, Λ adalah konduktivitas molar suspensi PSA dengan konsentrasi c, d adalah jarak antara dua elektroda, a adalah jari-jari kawat Pt, dan L adalah panjang kawat Pt yang terendam dalam suspensi. Resistensi suspensi diperoleh dari plot Nyquist. Nilai Z₁ dipetakan terhadap log(d/a − 1) untuk beberapa frekuensi dalam Gambar 3. Plot untuk frekuensi tertentu jatuh pada garis dengan kemiringan umum. Ini menunjukkan intercept positif pada log(d/a − 1) = 0 atau d = 2a. Plot linier sebagian didukung oleh Eq. (1), dan tidak memenuhi proporsionalitas Eq. (1) dalam penampilan (nilai intercept positif). Intercept berarti resistensi akan muncul jika kedua elektroda bersentuhan satu sama lain. Resistensi ini harus terletak pada antarmuka atau termasuk dalam lapis ganda. Kemiringan linear yang sama dengan 0.916/LcΛ, sesuai Eq. (1), harus tidak bergantung pada frekuensi. Nilai konduktivitas molar (berdasarkan konsentrasi molar bola PSA, dengan menganggap bola PSA sebagai penanggung muatan besar) dihitung dan dirata-ratakan pada frekuensi lebih dari 150 Hz dari kemiringan; ini tertera dalam Tabel 1. Karena satu bola PSA membawa jumlah −COOH yang sangat besar, nilai-nilai ini jauh lebih besar dari ion biasa. Gambar 3 menunjukkan ketergantungan konduktivitas molar pada diameter bola PSA. Mereka berada pada garis lurus dengan kemiringan 2,9 yang menunjukkan bahwa \( \varLambda ={kr}_0^3 \). Ini menyiratkan bahwa partikel besar harus sangat meningkatkan konduktivitas molar karena akumulasi muatan ada pada satu bola tunggal.

Seperti yang kami jelaskan sebelumnya [23, 26], konduktivitas molar suspensi lateks per N_A partikel lateks didefinisikan sebagai jumlah konduktivitas molar z ion hidrogen bebas, zλ_H, dan konduktivitas N_A sisi kiri z muatan −COO^— bola PSA penanggung, λ_L:

$$ {\varLambda}_{\mathrm{L}}=z{\lambda}_{\mathrm{H}}+{\lambda}_{\mathrm{L}} $$ (2)

Konduktivitas ionik direpresentasikan dalam istilah koefisien difusi D, melalui

$$ \lambda =\frac{Dz^2{F}^2}{RT} $$ (3)

Saat Eq. (3) untuk ion hidrogen, λ_H = F²D_H/RT, dan partikel lateks, λ_L = F²z²D_L/RTdisisipkan ke Eq. (2), kami memperoleh

$$ {\varLambda}_{\mathrm{L}}=\left({F}^2/ RT\right)\left({zD}_{\mathrm{H}}+{z}^2{D}_{\mathrm{L}}\right) $$ (4)

Di sini, D_H dan D_L mewakili koefisien difusi ion hidrogen dan bola PSA penanggung −COO^—, masing-masing. D_L diperkirakan dengan persamaan Stokes–Einstein, dan kemudian disisipkan ke Eq. (4) dengan D_H (9.3 × 10⁻⁹ m² s⁻¹), menyelesaikan persamaan untuk z. Hasilnya tertera dalam Tabel 1. Gambar 4 menunjukkan plot z dengan diameter bola PSA. Kemiringan garis adalah 2.1, yang hampir sama dengan kemiringan linearitas n terhadap 2r₀. Nilai z/n adalah 0.01. Ini dihitung berdasarkan Tabel 1, yang mewakili disosiasi karbosil dalam partikel sebagai

$$ {\left(-\mathrm{COOH}\right)}_n\leftrightarrow {\left(-\mathrm{COOH}\right)}_{n-z}\ {\left(-{\mathrm{COO}}^{-}\right)}_z+z{\mathrm{H}}^{+}\ \left(100\leftrightarrow 99:1:1\right) $$ (5A)

Nilai ini menunjukkan bahwa rasio disosiasi alami –COOH hanya 1 persen. Bagian lainnya berada dalam bentuk netral –COOH.

Dengan memasukkan hasil ini ke Eq. (5A):

$$ {\left(-\mathrm{COOH}\right)}_{100}\leftrightarrow {\left(-\mathrm{COOH}\right)}_{99}{\mathrm{COO}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}. $$ (5B)

Konduktansi terutama disebabkan oleh pembentukan (AH)₉₉A⁻ dan H⁺ melalui reaksi (5B).

Untuk mengonfirmasi keandalan metode ini dan hasil yang diperoleh, kami memetakan nilai yang dihitung dari λ_L/D terhadap z² untuk empat partikel lateks dan bahan monovalen (untuk z = 1) pada skala logaritmik dalam Gambar 5. Seperti yang diharapkan, ini menunjukkan bahwa garis lurus melalui nilai bahan monovalen. Sesuai Eq. (3), nilai λ/Dz² (= F²/RT) harus konstan dan tidak bergantung pada diameter atau properti lain partikel.

Mekanisme Nanopartikel Perak yang Didukung pada Mikrosfer Bola Nanosphere PSA

PSA1–PSA4 dipilih sebagai bola dasar untuk menyiapkan mikrosfer bola nanokomposit nAg@PSA1–nAg@PSA4 sambil mempertahankan semua parameter lainnya konstan (bagian “Materials and Methods”). Mikroskop TEM dari nAg@PSA1–nAg@PSA4 nanokomposit ditunjukkan dalam Gambar 6. Dari mikroskop, bola PSA yang dilapisi nanopartikel perak terlihat jelas. Seiring dengan bertambah besarnya mikrosfer bola nanosphere PSA, jumlah nanopartikel perak yang semakin banyak ditangguhkan pada mikrosfer bola nanosphere PSA. Cakupan dan keseragaman nanopartikel perak pada mikrosfer bola nanosphere PSA meningkat sesuai dengan itu. Gambar 7a menunjukkan mikrostruktur nanopartikel Ag yang melapisi mikrosfer bola nanosphere PSA. Jarak jali nanopartikel perak adalah 0,23 nm, yang sepadan dengan bidang (111) kristal perak. Ini mengonfirmasi bahwa nanopartikel Ag berhasil ditunggu. Penyerapan nanopartikel Ag juga dapat divalidasi dari data spektroskopi sinar X dispersif energi (EDX). Pemetaan EDX dari elemen Ag dan C yang diberikan dalam Gambar 7b menunjukkan distribusi yang homogen dari elemen-elemen ini. Spektroskopi EDX mengonfirmasi kehadiran Ag, C, dan O (Gambar 7c). Cu berasal dari jaringan tembaga pendukung.

Analisis termogravimetri digunakan untuk karakterisasi kuantitatif lebih lanjut nanopartikel perak yang melapisi mikrosfer bola nanosphere PSA. Kurva TG dari mikrosfer bola nanosphere PSA1 dan mikrosfer bola nanokomposit nAg@PSA yang diperoleh dari mikrosfer bola nanosphere PSA1–PSA4 ditunjukkan dalam Gambar 6d. Data TG memungkinkan kami untuk menghitung kontribusi berat nanopartikel perak terhadap mikrosfer bola nanokomposit. Kami kemudian dapat memperkirakan jumlah nanopartikel perak melalui berat p. Hubungan antara distribusi nanopartikel perak dan rasio disosiasi grup karbosil ditunjukkan dalam Gambar 8. Terlihat jelas bahwa jumlah rata-rata partikel perak per partikel PSA meningkat linier dengan jumlah grup karbosil terdisosiasi. Hasil ini mungkin berkaitan dengan pembentukan nanopartikel perak pada permukaan komposit. Grup karbosil yang bermuatan negatif menarik kation perak yang bermuatan positif melalui pembentukan pasangan ion. Ion perak yang tertambat direduksi oleh natrium borohidrida, dan ini adalah agen pereaksi cepat yang dapat menginduksi pembungan inti perak. Inti perak yang dihasilkan bertindak sebagai pusat pembungan; pertumbuhan terjadi dengan difusi ion perak dalam larutan menuju permukaan partikel. Ini dapat ditafsirkan sebagai situs pembungan/pertumbuhan heterogen yang akhirnya membentuk nanopartikel perak. Pembentukan nanopartikel perak sangat diatur oleh keseimbangan antara laju pembungan dan pertumbuhan partikel.

Performa Katalitik

Reduksi 4-nitrofenol menjadi 4-aminofenol adalah reaksi katalitik model dan digunakan untuk mengevaluasi aktivitas katalitik nAg@PSA nanokomposit. Reaksi katalitik dipantau dengan spektroskopi UV-Vis. Campuran NaBH₄ dan 4-nitrofenol menunjukkan pita serap pada 400 nm yang sesuai dengan ion 4-nitrofenolat. Gambar 9a–c mengilustrasikan reaksi reduksi 4-nitrofenol yang diamati pada waktu yang berbeda menggunakan jumlah nAg@PSA4 yang berbeda sebagai katalis. Intensitas pita serap pada 400 nm berangsur-angsur menurun dan akhirnya hilang seiring waktu. Ini diiringi dengan munculnya pita baru di sekitar 300 nm yang sesuai dengan 4-aminofenol. Ini menunjukkan konversi 4-nitrofenol menjadi 4-aminofenol. Selama proses reaksi ini, konsentrasi keseluruhan NaBH₄ dan 4-nitrofenol adalah 36 mM dan 0,12 mM, masing-masing. Konsentrasi 4-nitrofenol proporsional dengan absorbansinya; konsentrasi pada waktu reaksi t (C_t) dan waktu t = 0 (C₀) setara dengan absorbansi pada waktu reaksi t (A_t) dan waktu t = 0 (A₀). Gambar 9d memetakan ln(A_t/A₀) terhadap waktu reaksi dalam detik. Hasil menunjukkan bahwa ln(A_t/A₀) menurun linier dengan waktu. Ini mengikuti perilaku kinetik pseudo-pertama-urutan. Konstanta laju k pada suhu ruangan dihitung dari kemiringan, dan konstanta nAg@PSA4 yang mengandung 0,0041 mg Ag, nAg@PSA4 yang mengandung 0,0054 mg Ag, dan nAg@PSA4 yang mengandung 0,0068 mg Ag adalah 1,66 × 10^{− 3} s⁻¹, 4,52 × 10⁻³ s⁻¹, dan 6,80 × 10⁻³ s⁻¹, masing-masing. Hasil ini menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah katalis, semakin cepat laju reaksi. Konstanta laju k terbesar pada suhu ruangan sepadan dengan sejenisnya dari katalis nanokomposit Ag yang telah dilaporkan sebelumnya, seperti 0,7 × 10⁻² s⁻¹ dari G₄-PAMAM-NH₂(Ag₁₂) [28], 1,274 × 10⁻² s⁻¹ dari Ag₁₀@SBA-15 [29], 6,2 × 10⁻³ s⁻¹ dari CNFs/AgNPs [30], dan 31,64 × 10⁻² min⁻¹ dari kompleks [AgCl₂]⁻ [31].

Reaksi reduksi 4-nitrofenol, menggunakan nAg@PSA2 dan nAg@PSA3 sebagai katalis, ditunjukkan dalam Gambar 10a, b. Dengan penambahan jumlah perak yang sama, konstanta laju nAg@PSA2, nAg@PSA3, dan nAg@PSA4 adalah 2,92 × 10³ s⁻¹, 5,07 × 10³ s⁻¹, dan 6,80 × 10³ s⁻¹, masing-masing (Gambar 10c). Hasil ini menunjukkan bahwa performa katalitik nAg@PSA meningkat seiring dengan peningkatan diameter mikrosfer bola nanosphere PSA, atau jumlah partikel perak per partikel PSA. Dengan peningkatan diameter bola PSA, film katalitik yang dibuat akan lebih berlubang dengan dispersi Ag nanopartikel yang lebih tinggi. Dispersi yang lebih tinggi menawarkan lebih banyak kesempatan bagi reaktan untuk mencapai permukaan nanopartikel Ag. Gambar 10d, e menunjukkan bahwa laju reaksi meningkat seiring dengan peningkatan ukuran partikel perak dan jumlah perak per sentimeter persegi permukaan mikrosfer bola nanosphere PSA, masing-masing. Gambar 10f menunjukkan bahwa kecepatan reaksi meningkat dengan jumlah mikrosfer bola yang lebih kecil per sentimeter kubik suspensi nAg@PSA.

Untuk mengevaluasi kegunaan ulang, nAg@PSA nanokomposit ditunggu pada tryk kaca pasir untuk membentuk membran katalitik. Khi campuran reaksi (36 mM NaBH₄ dan 0,12 mM 4-NP) melewati membran, warna kuning pudar dalam campuran reaksi menunjukkan reaksi katalitik yang cepat (Gambar 11a). Tingkat konversi 4-nitrofenol ditentukan oleh A_t/A₀ pada λ = 400 nm. Sesuai Gambar 11b, tingkat konversi adalah 96 persen setelah melewati membran katalitik. Selain itu, dari Gambar 11c, membran katalitik tetap aktif hingga delapan siklus reduksi 4-nitrofenol—ini mengonfirmasi kegunaan ulang yang tinggi dari katalis.

Kesimpulan

Kami menyintesis mikrosfer bola nanosphere poly(styrene-co-akrilik asit) (PSA) yang seragam melalui polimerisasi emulsi tanpa sabun, dan mikrosfer bola nanokomposit nAg@PSA dapat disiapkan dengan mudah melalui reduksi in situ nitrat perak menggunakan natrium borohidrida dalam larutan air. Mikroskop SEM dari mikrosfer bola nanosphere PSA menunjukkan bahwa mikrosfer bola nanosphere PSA berbentuk bola dengan distribusi ukuran partikel yang sempit. Plot karbosil terhadap diameter adalah linier dengan kemiringan 2,0. Ini menunjukkan bahwa grup karbosil didistribusikan terutama pada permukaan mikrosfer bola nanosphere PSA. Disosiasi harus terjadi pada permukaan partikel bukan secara volumetrik di dalam partikel karena jumlah grup karbosil terdisosiasi proporsional dengan luas permukaan partikel lateks. Jumlah (z) grup karbosil terdisosiasi adalah 1 persen dari jumlah (n) grup karbosil. TEM mengonfirmasi pembentukan nanopartikel perak yang dilapisi pada mikrosfer bola nanosphere PSA. Muatan terdisosiasi pada permukaan mikrosfer bola nanosphere PSA memiliki pengaruh besar terhadap cakupan nanopartikel Ag pada mikrosfer bola nanosphere PSA. Performa katalitik mikrosfer bola nanosphere nAg@PSA diteliti dalam mengkatalisis reduksi 4-nitrofenol. Mikrosfer bola nanosphere nAg@PSA yang disintesis ini mengandung nanopartikel perak yang sangat terdistribusi dengan aktivitas katalitik tinggi dan kegunaan ulang yang baik.

Bahan dan Metode

Bahan

Asit akrilik (AA), persulfat kalium (KPS), natrium borohidrida (NaBH₄), nitrat perak (AgNO₃), dan natrium hidroksida dibeli dari Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, China). Styrene (St) disuplai oleh Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Tokyo, Japan). Semua kimia adalah kelas analitis dan digunakan sebagaimana adanya kecuali ditentukan lain.

Sintesis Mikrosfer Bola Nanosphere PSA

Mikrosfer bola nanosphere PSA disiapkan sesuai dengan literatur [22,23,24, 32, 33]. Secara khas, AA dan H₂O (130 mL) awalnya dimasukkan ke dalam gelembung kaca. Styrene ditambahkan setelah pelarutan AA yang diumpankan. Gelembung kemudian dipanaskan hingga 75 °C dengan pengadukan dalam kondisi nitrogen. Polimerisasi dimulai setelah larutan KPS (20 mL) diuntulkan dan kemudian dipelihara pada 75 °C selama 12 jam. Parameter operasi lain tertera dalam Tabel 2. Produk dipurnikan dengan tujuh siklus sentrifugasi–redispersi dalam air tisu dan kemudian akhirnya dispersi dalam air.

Pembuatan Mikrosfer Bola Nanokomposit nAg@PSA

Prosedur umum untuk pembuatan nAg@PSA nanokomposit [22,23,24] dijelaskan sebagai berikut: Dispersi PSA (500 mL, 0,3 mg ml⁻¹) dicampur dengan larutan air AgNO₃ (12,5 mL, 10 mM) dalam gelembung kaca. Campuran dispersi diaduk pada 300 r min⁻¹ selama 5 jam pada suhu ruangan. Setelah itu, NaBH₄ (12,5 mL, 10 mM) ditambahkan ke dalam dispersi dan campuran yang dihasilkan dibiarkan bereaksi pada 0 °C selama 2 jam dengan pengadukan. Suspensi di sentrifugasikan (20 menit, 12.000 r min⁻¹), dan endapan dicuci dengan air tisu (30 mL). Siklus sentrifugasi–redispersi ini diulang empat kali untuk mengeluarkan kotoran.

Eksperimen Performa Katalitik

Reaksi 4-nitrofenol oleh natrium borohidrida yang dikatalisis dengan nAg@PSA nanokomposit dilakukan dalam larutan air. Prosedur reaksi adalah sebagai berikut: Larutan air NaBH₄ (4,5 mL, 80 mM) dicampur dengan larutan 4-NP (0,5 mL, 2,4 mM) dalam tabung Eppendorf 10 mL. Kemudian, nAg@PSA nanokomposit ditambahkan ke dalam larutan campuran, dan volume disesuaikan menjadi 10 mL dengan air tisu. Segera setelahnya, alikot ditempatkan dalam sel kuarsa panjang jalur 1 cm untuk spektroskopi UV-vis.

Suspensi nAg@PSA4 (mengandung 1,3538 mg Ag) difilter melalui tryk kaca pasir yang dilengkapi dengan kolong kaca berbentuk kerucut, ditunggu pada kertas filter, dan dicuci dengan air tisu (100 mL). 10 mL larutan (36 mM NaBH₄ dan 0,12 mM 4-NP) disebutkan pada pengosongan vakum dalam tryk yang ditutupi oleh membran nAg@PSA4. Larutan yang terkumpul dalam kolong kerucut dikarakterisasi dengan spektroskopi UV-Vis. Untuk mengevaluasi kegunaan ulang katalis nAg@PSA4, membran dicuci dengan air tisu dan digunakan kembali.

Sistem Elektroda Paralel Variabel Jarak dan Instrumen

Sistem elektroda paralel variabel jarak terdiri dari dua kawat platinum berdiameter 0,1 mm dan penataan posisi xz. Seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 12, salah satu kawat tetap, dan jarak d disesuaikan dengan memindahkan sumbu y dari penataan posisi xz. Panjangnya terendam dalam larutan dikontrol oleh sumbu z dari penataan posisi xz. Impedansi AC dengan jarak yang berbeda diperoleh, sesuai dengan karya kami sebelumnya [25,26,27].

Ciri nanopartikel dan lokasi partikel perak pada permukaan lateks diselidiki dengan SEM dan TEM (JEOL JEM-2010, JEOL Ltd., Tokyo, Japan). Kandungan lapisan nanopartikel perak pada mikrosfer bola nanosphere PSA dianalisis dengan analisis termogravimetri (Perkin Elmer Pyris 1, Perkin-Elmer Co., USA). Spektra UV-Vis direkam pada spektrofotometer Shimadzu UV-2550 (Shimadzu, Kyoto, Japan) pada suhu ruangan.

Singkatan

a :

Jari-jari kawat Pt

d :

Jarak antara dua elektroda

D _H dan D _L :

Koefisien difusi ion hidrogen dan bola PSA penanggung −COO^—, masing-masing

L :

Panjang kawat Pt yang terendam dalam suspensi

n :

Jumlah −COOH per mikrosfer PSA

nAg@PSA:

Nanokomposit poly(styrene-co-akrilik asit) yang termuat nanopartikel perak

PSA:

Mikrosfer bola nanosphere poly(styrene-co-akrilik asit)

z :

Jumlah –COO^— per mikrosfer PSA

Λ :

Konduktivitas molar suspensi PSA dengan konsentrasi c